Совершенствование работы общепромышленных систем и оборудования (стр. 5 )

,

где Sт. ном – номинальная мощность трансформатора; kз – коэффициент нагрузки трансформатора; Р – нагрузка сети 380 В.

Рис. 8. Компенсация реактивной мощности

Чем ниже значение номинальной мощности и частоты вращения СД, тем больше потери в СД на генерацию реактивной мощности. Поэтому маломощные СД с малой частотой вращения неэкономичны в качестве источников реактивной мощности. Обычно для компенсации реактивной мощности используют СД на номинальное напряжение 6 или 10 кВ, недогруженные по активной мощности.

Высоковольтные СД учитываются в общем балансе реактивной мощности предприятия, но как правило, их реактивной мощности бывает недостаточно и тогда недостающую реактивную мощность восполняют за счет БК [99].

2. Синхронные компенсаторы

Синхронный компенсатор – синхронный двигатель, работающий в режиме холостого хода, то есть без механической нагрузки на валу. Это позволяет изготовлять специальные синхронные компенсаторы с меньшим воздушным зазором и облегченным валом по сравнению с обычными синхронными двигателями.

При перевозбуждении синхронный компенсатор генерирует опережающую реактивную мощность, а при недовозбуждении – отстающую реактивную мощность. Это свойство синхронных компенсаторов используется для регулирования реактивной мощности и повышения коэффициента мощности, и для регулирования напряжения в электрических сетях.

Преимуществами синхронных компенсаторов являются плавное автоматическое регулирование реактивной мощности и напряжения в большом диапазоне, чем обеспечивается увеличение статической динамической устойчивости в энергетической системе, а так же высокая надежность ее работы.

Недостатками синхронных компенсаторов являются относительно высокая стоимость, а следовательно, и высокие удельные капитальные затраты на компенсацию (12,5 руб./кВАр); удельный расход активной мощности на компенсацию (0,027 кВт/кВАр), что значительно больше по сравнению со статическими конденсаторами (0,003 кВт/кВАр), большая занимаемая производственная площадь и шум, производимый при работе.

Указанные особенности синхронных компенсаторов, а также возможность их пуска от источников питания большой мощности ограничивают их применение на промышленных предприятиях. Они используются только на подстанциях энергетических систем.

3. Конденсаторные установки

Поскольку системы КРМ для снижения потерь, вызываемых перетоком реактивной мощности, необходимо располагать как можно ближе к нагрузке, КУ являются наиболее распространенным средством КРМ именно в промышленных системах электроснабжения. На сегодняшний день в сетях отечественных потребителей для КРМ установлено порядка 30 млн. кВАр конденсаторов, из которых 18–20 млн. кВАр включаются и отключаются вручную [1]. При этом доля низковольтных (до 1 кВ) конденсаторов составляет 75–80 % от общего объема.

Такое широкое применение КУ, как для индивидуальной, так и для групповой компенсации, объясняется их преимуществами по сравнению с другими существующими в промышленности способами КРМ:

1) небольшие, практически постоянные в зоне номинальной температуры окружающей среды, удельные потери активной мощности конденсаторов, не превышающими 0,5 Вт на 1 кВАр компенсационной мощности, т. е. не более 0,5% (для сравнения: в синхронных компенсаторах это значение достигает 10% номинальной мощности компенсатора, а в СД, работающих в режиме перевозбуждения – до 7%);

2) отсутствие вращающихся частей; простота монтажа и эксплуатации; относительно невысокие капиталовложения; большой диапазон подбора требуемой мощности; возможность установки в любых точках электросети, бесшумность работы и т. д.

3) кроме того, в отличие от компенсаторов и синхронных двигателей, КРМ с помощью конденсаторов позволяет расширить функциональные возможности устройств компенсации. Так фильтрокомпенсирующие КУ (ФКУ) одновременно осуществляют КРМ и частичное подавление присутствующих в компенсируемой сети гармоник, искажающих синусоидальность напряжения, а симметрирующие установки на базе конденсаторных батарей (при соответствующем конструктивном исполнении) позволяют производить одновременно КРМ и симметрирование нагрузки сети.

Недостатками КУ являются:

-  зависимость генерируемой реактивной мощности от напряжения.

-  Недостаточная прочность, особенно при КЗ и перенапряжениях.

-  Малый срок службы.

-  Пожароопасность.

-  Наличие остаточного заряда.

-  Перегрев при повышении напряжения и наличии в сети высших гармоник, ведущих к повреждению конденсаторов.

-  Сложность регулирования реактивной мощности (ступенчато).

Конденсаторы напряжением 6–10 кВ следует устанавливать на цеховых подстанциях (ЦТП), имеющих распределительные устройства (РУ) напряжением 6–10 кВ, на распределительных пунктах (РП) и, как исключение, на центральных распределительных пунктах (ЦРП) или главных понизительных подстанциях (ГПП). На бесшинных цеховых подстанциях батареи конденсаторов 6–10 кВ устанавливать не рекомендуется. Мощность рассматриваемых батарей конденсаторов не должна быть менее 400 кВАр при соединении конденсаторов через обычный выключатель и не менее 100 кВАр при соединении конденсаторов через общий выключатель с силовым трансформатором, асинхронным двигателем и другими электроприёмниками.

Мощность трехфазной конденсаторной установки, соединенной в треугольник, равна [99]

при присоединении звездой

где – суммарная емкость конденсаторов одной фазы, U – линейное напряжение.

При выборе конденсаторной установки требуемая мощность конденсаторов может определяться как

Qc = P∙(tg j1 – tg j2),

где tg j1 – коэффициент мощности потребителя до установки компенсирующих устройств; tg j2 – коэффициент мощности после установки компенсирующих устройств (желаемый или задаваемый энергосистемой коэффициент).

P = Ew / T ,

, ,

где Ew – показания счетчика активной энергии, кВт∙ч; Eq – показатель счетчика реактивной энергии, кВАр∙ч; T – период снятия показаний счетчиков электроэнергии, ч.

В установках напряжением до 1 кВ конденсаторы включаются в сеть и отключаются от сети с помощью автоматических выключателей (автоматов) или рубильников. В установках напряжением выше 1 кВ для включения и отключения конденсаторов служат высоковольтные выключатели или выключатели нагрузки.

В системах промышленного электроснабжения применяются, как правило, комплектные конденсаторные установки (ККУ).

Основными недостатками конденсаторных батарей являются следующие:

1) зависимость генерируемой реактивной мощности от напряжения и частоты

,

где – отношение напряжений при отклонении напряжения и частоты сети от номинального значения к напряжению в номинальном режиме;

2) высокая чувствительность конденсаторных батарей к наличию высших гармоник тока и напряжения;

3) недостаточная электрическая прочность.

Зависимость мощности конденсаторной батареи от квадрата напряжения снижает устойчивость нагрузки и может привести к лавине напряжения. Наличие высших гармоник тока и напряжения в сети может привести к пробою конденсаторных батарей.

Таблица 2

Технико–экономический эффект, ожидаемый

в результате применения конденсаторных установок

сos j1, без компенсации	сos j2 с компенсацией	Снижение величины тока и полной мощности, %	Снижение величины тепловых потерь, %
1	2	3	4
0,5	0,9	44	69
0,5	1	50	75
0,6	0,9	33	55
0,6	1	40	64
0,7	0,9	22	39
0,7	1	30	51
0,8	1	20	36

Технико–экономический эффект, ожидаемый в результате применения конденсаторных установок, представлен в табл. 2.

В зависимости от типоисполнения установки изготавливаются в различном конструктивном исполнении и комплектации (табл.3).

tок = З1/(З2 – З3),

где З1 – стоимость конденсаторной установки, руб.; З2 – затраты на электроэнергию без компенсации, руб./мес.; З3 – затраты на электроэнергию при применении конденсаторных установок, руб./мес.

Таблица 3

Конструктивное исполнение и комплектация

конденсаторных установок

Типоиспол–нение	Номинальное напряжение, кВ	Диапазон мощности, кВАр	Наличие регулятора	Климатическое исполнение и категория размещения
1	2	3	4	5
УК	0,4	10–200	–	УЗ
УКМ58	0,4	20–603	+	УЗ (У1)
УКМ70	0,4	50–550	+	УЗ (У1)
УКМФ71	0,4	25–300	+	УЗ(У1)
УКЛ(П)56	6,3 или 10,5	450–1 800	–	У1
УКЛ(П)57	6,3 или 10,5	450–1 800	–	У1

Преимущества установок обуславливаются использованием: